【Linux手册】冯诺依曼体系结构

目录

前言

五大组件

数据信号

 存储器（内存）有必要吗

常见面试题

---

前言

冯诺依曼体系结构是当代计算机基本架构，冯诺依曼体系有五大组件，通过这五大组件直观的描述了计算机的工作原理；学习冯诺依曼体系可以让给我们更加理解计算机工作原理，认识到各个硬件之间的联系以及操作系统在其中的功能。下面将对冯诺依曼体系的各个组成部分以及作用进行介绍。

以上是冯诺依曼体系中数据信号和控制信号的流程图。

五大组件

冯诺依曼体系很简洁直观，只有五个组成部分。

输入设备：键盘，鼠标，话筒(输入声音)，摄像头，磁盘(向磁盘中写入)，网卡(向网络中发送数据).......

输出设备：显示器，扬声器，磁盘(从磁盘中读取)，网卡(从网络中读取)......

存储器：指的是内存，而不是硬盘或磁盘；

运算器：对数据进行计算；         控制器：对硬件进行控制；

其中运算器和控制器共同组成中央处理器，即CPU；

数据信号

关于控制方面，所有的硬件都由控制器进行控制，不需要过多赘述。但是在数据传输方面就有一些特殊之处了。

根据上面的流程图：数据从输入设备中进行读取------>放到内存里面------>交给运算器进行运算--------->还给内存------->放入输出设备。

这个流程图里面的内存是干嘛的，“中间商”吗？？？为什么数据先给他再进行计算，计算完了还要还给它，不能直接从输入设备中读取后就计算，计算完直接放到输出设备吗？？？

 存储器（内存）有必要吗

在计算机中由很多硬件都具有存储的功能，但是存储也是分级的；根据上图--存储金字塔可以看到CPU的读取速度是最快的，基本上以纳秒为单位，而磁盘或硬盘的读取效率很低，基本上读取速度以毫秒为单位，两者的差距是很大的。

如果直接让CPU从输入设备上进行数据的读取，就会出现：CPU早就已经将数据计算完了，等了半天下一组数据才从输出设备输出来，就会导致大大CPU的效率被大大拉低，机器的运算效率也同样会大大降低。所以就需要一个比外设速度快但是又比CPU慢一点的设备------内存。

内存比CPU慢一点，但是比外设快很多，这样就能有效的提高CPU的读取和输出效率。

内存比CPU的存储能力更强，所以可以先将数据预加载到内存中，当CPU计算完后直接从内存中进行读取，内存也持续从外设中读取和输出数据；这样就实现了读取和计算并行。

总结：数据交互上，所有外设都只能与内存打交道，不能直接与CPU进行数据的交互。

常见面试题

一个程序为什么要先加载到内存中？

答：因为冯诺依曼体系结构，中央处理器只与内存进行交互，从内存中读取，向内存中进行写入。

为什么有些程序在显示数据的时候数据会先被缓存起来？在哪缓存的？

因为冯诺依曼体系结构规定，中央处理器计算后的数据不会直接输出给输出设备而是先给内存，缓存是因为内存中的数据还没有来得及刷新到输出设备中。

能否使用冯诺依曼体系结构解释，在使用qq发送文件时，文件数据是这样进行流动的？

答：文件通过硬盘传输给内存经过处理后返还给内存，内存再交给网卡，由网卡发送到网络中，对方网卡进行接收，当对方进行下载时文件加载到内存中....

拓展：当其他用户给我发送文件时，我们还没有进行下载，那么此时文件存储在哪？？

在腾讯云服务器上存储着。